（水文学及水资源专业论文）梯级水电厂现货交易预计划研究.pdf

梯级水电厂现货交易预计划研究 水文学及水资源专业 研究生 刘治理指导教师 马光文教授 捅要 臣着我国电力市场化进程的加快和 厂网分开 竞价上网 运营机制的实 施 发矗企业成为市场竞争的主体 这给其运行管理带来新的内容和挑战 电 力市场机制下水电厂优化运行从本质上讲是以电价高低为依据确定电厂现货交 易的过程 同时 由于河流水力资源开发程度的不断提高 梯级水电厂越来越 多 而梯级水电厂运行管理比单个水电厂要复杂的多 因此 为了适应电力市 场发展的要求 科学地制定出梯级水电厂现货交易预计划 最大限度地利用流 域梯级水资源 提高流域梯级水电厂安全运行能力和联合运行效益 研究梯级 水电厂现货交易预计划具有十分重要的理论意义和实用价值 本文从以下几方面进行了较为深入的研究 1 本文阐述了电价的形成机制和发电成本的构成及上网电量和上网电价 的优化方法 对机组成本特性进行了分析 在此基础上 阐述了市场出清价预 测的意义和预测方法 建立了线性移动自回归和人工神经网络模型 对次日9 6 点市场出清价进行预测 进而得出基于市场出清价预测的报价策略 2 针对发电侧电力市场中限量竞价和完全竞价下的梯级水电厂日优化运 行问题的不同 在次日市场出清价预测的基础上考虑各种约束条件 以发电效 益最大为目标 分别建立优化计算模型 并给出了统一化处理的数学模型和求 解方法 进行梯级水电厂交易电量的优化 3 根据电力市场的竞价规则和梯级水电厂的特点 在电价预测和电量优 化的基础上 提出了梯级水电厂现货交易预计划制定方法 计算结果可作为梯 级水电公司在申报现货交易电量和电价的基础 4 研究了一种运用i n t e m e t 技术和数据库技术 采用数据库 服务器 浏览器3 层结构的梯级水电厂现货交易辅助决策支持系统 介绍了该系统设计 与开发的目标 配置环境 系统结构和功能 关键技术和标准化设计 关键词 电力市场 发电计划 市场出清价 优化运行 水电厂 s t u d yo np r e l i m i n a r ys p o tt r a n s a c t i o n ss c h e d u l e o fc a s c a d e dh y d r o p o w e rp l a n t m a j o r h y d r o l o g y w a t e rr e s o u r c e se n g i n e e r i n g m s c a n d i d a t e l i uz h i l i s u p e r v i s o r m ag u a n g w e n a b s t r a c t w i t ht h ea c c e l e r a t i o no ft h e p o w e r m a r k e t l i z a t i n n p r o c e s s a n dt h e i m p l e m e n t a t i o no fo p e r a t i o nm e c h a n i s mo f s e p a r a t i o no fp o w e rp l a n tf r o mp o w e r n e t w o r k c o m p e t i t i v ep r i f o rl i s t i n gp o w e rn e t w o r k g e n e r a t i n ge n t e r p r i s e sh a v e b e c o m et h em a i nb e d yo fc o m p e t i t i o nm a r k e t w h i c hb r i n g sn e wc o n t e n t sa n d c h a l l e n g e st ot h em a n a g e m e n to f p o w e rp l a n t s n eo p t i m a lo p e r a t i o no f h y d r o p o w e r p l a n t si sm a i n l yt h ep r o c e s so fa s c e r t a i n i n gt 1 1 e i rs p o tt r a n s a c t i o n ss c h e d u l ei nt h e p o w e rm a r k e tm e c h a n i s m a tt h e s a n l et i m e w i t ht h ei n c r e a s i n gd e v e l o p m e n to f w a t e rp o w e rr e s o u r c e s t h ec a s c a d e dh y d r o p o w e rp l a n t sb e c o m i n gm o r ea n dm o r e t h e r e f o r e i no r d e rt oa d a p tt ot h er e q u e s to ft h ed e v e l o p i n gp o w e rm a r k e t w e s h o u l dm a k et h es p o tt r a n s a c t i o ns c h e d u l ee f f e c t i v e l yt of u l l yu t i l i z et h ew a t e r r e s o u r c e s a n dt oi m p r o v et h es a f e l yo p e r a t i o na b i l i t ya n dt h ee c o n o m i cb e n e f i t so f t h ec a s c a d e dh y d r o p o w e rp l a n t s i ti so fg r e a tt h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a li m p o r t a n c et o s t u d yt h es p o tt r a n s a c t i o n ss c h e d u l eo f c a s c a d e dh y d r o e l e c t r i cp l a n ti np o w e rm a r k e t i nt h i sp a p e r s u b j e c t sm a i n l yf o c u s e da r ea sf o l l o w s f i r s t l y t h et h e s i sa n a l y z e st h ef o r m a t i o nm e c h a n i s mo fe l e c t n e i t yp r i c e t h e c o m p o n e n t so fg e n e r a t i o nc o s ta n dt h eo p t i m i z a t i o no ft h ep o w e ra n dp r i c e a sw e l l a st h ec o s tc h a r a c t e r so fp o w e rg e n e r a t i o ns e t s b a s e do na l la b o v e i tp r e s e n t e dt h e m e a n i n g so fm c pa n dt h ef o r e c a s t i n gm e t h o d s i n c l u d i n gt h el i n e a rr e m o v ea n d a u t o r e g r e s s i o nm o d e la n da r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r km o d e l w i t ht h em o d e i se s t a b l i s h e d t h e 9 6p o i n t sm c po f t h en e x td a yc 锄b ef o r e c a s t e da n dt h eb i d d i n gs t r a t e g yi sf o r m e d s e c o n d l y b a s e do nt h ed i f f e r e n c e sb e t w e e nt h ec o m p l e t ea n di n e n m p l e t e b i d d i n go ft h ec a s c a d e dh y d r o p o w e rp l a n t si ng e n e r a t i o n s i d ep o w e rm a r k e t t a k i n g s o m ei m p o r t a n tc o n s t r a i n t si n t oc o n s i d e r a t i o n i te s t a b l i s h e dt h eo p t i m a lm o d e l sw i t h t h et a r g e to fm 扣 i i i l i z i n gt h eg e n e r a t i n gb e n e f i t s b e s i d e s au n i f o r mm o d e la n d c a l c u l a t i n gm e t h o d sa g i v e nt oo 砸m i z et h ee l e c t r i c i t yq u a n t i t yo fc a s c a d e d h y d r o p o w e rp l a n t s t h 矾l y a c c o r d i n gt o t h eb i d d i n gr u l e sa n dt h ec h a r a c t e r i s t i c so fc a s c a d e d h y d r o p o w e rp l a n t s t h em e t h o d so fm a k i n gs p o tt r a n s a c t i o n ss c h e d u l eo fc a s c a d e d h y d r o e l e c t r i cp l a n ta l ei n t r o d u c e db a s e d o nt h em a r k e tc l e a r i n gp r i c ep r e d i c t m e n ta n d t h eo p t i m i z a t i o no fs h o r t t e r me l e c t r i c i t yq u a n t i t y t h er e s u l t sc a nb et h eb a s i sf o r b i d d i n gt h ee l e c t r i c i t yp r i c ea n dq u a n t i t i e si nt h es p o tt r a n s a c t i o n s f i l l a l l y i ti n t r o d u c e dad e c i s i o n m a k i n gs u p p o r t i n gs y s t e mf o rs p o tt r a n s a c t i o n s o f c a s c a d e dh y d r o e l e c t r i cp l a n t s w h i c h i sb a s e d0 nt h r e e l a y e rb r o w s e s e r v e r d a t a b a s ef r a m e w o r ka n du e si n t e m e ta n dd a t a b a s et e c h n o l o g i e s 1 kp u r p o s eo fd e s i g n t h es t r u c t u r ea n dt h ef u n c t i o n t h ew o r k i n ge n v i r o n m e n t k e yt e c h n o l o g i e sa n dt h e n o r m a l i z a t i o na n ds t a n d a r d i z a t i o nd e s i g na r ee m p h a s i z e d k e yw o r d s p o w e rm a r k e t g e n e r a t i o ns c h e d u l e m a r k e tc l e a r i n gp r i c e o p t i m a l o p e r a t i o n h y d r o p o w e rp l a n t 1 绪论 1 绪论 1 1 研究目的和意义 电力市场 e l e c t r i c i t yp o w e rm a r k e t 或e l e c t r i c i t ym a r k e t 是电力生产 传 输 分配 转换 通信和计算机系统的综合体 是以促进电力企业间的公平竞 争为基础 具有交换和买卖电力 提供信息 融通资金的功能 其目标是开发 电力市场 引入竞争机制 提高效率 降低成本 优化资源配置 并最终使用 户获利 为此 我国政府也积极推进电力市场工作 国家电力监管委员会于2 0 0 3 年7 月3 1 日下发了 关于区域电力市场建设的指导意见 提出到 十五 计 划末期 全国形成几大区域电力市场 全国大部分发电企业实行竞价上网 目 前 我国省级电力市场的试点工作已经取得了一定的成绩 东北区域电力市场 和华东区域电力市场也分别于2 0 0 4 年1 月1 5 日和2 0 0 4 年5 月1 8 日相继开始 模拟运行 华中区域电力市场模拟运行也即将开始 随着我国电力体制的深化改革和电力市场的逐步建立 发电公司将从传统 以运行成本最小的统一调度模式转向追求效益最大的竞争发电模式 这种市场 竞争机制给发电公司的经济运行带来新的内容和挑战 在过去垄断体制下 水 电系统运行是由电力调度部门集中优化决策确定的 而电力市场的竞争机制决 定了分散决策 协调运作 必须尽可能利用经济手段进行调度管理和控制 电力市场机制下水电厂优化运行从本质上讲是确定现货交易的过程 是以 电价高低为依据确定电厂的交易计划 电力市场现货交易要求发电企业制定现 货交易计划 即事前对次日每一交易时段 通常1 5 r a i n 的上网电价 电量进 行竞标 这意味着水电厂的上网 或成交 电量受报价高低影响很大 成功的 报价策略会得到理想的成交电量 否则 会失去上网的机会 另外 水电厂的 发电收入不仅取决于系统结算电价 而且取决于发电量在9 6 点的分配 随着河流水力资源开发程度的不断提高 水电厂梯级越来越多 在全国几 大主要水电基地上基本已形成梯级水电厂 梯级水电厂之间不仅存在电力联系 同时也存在水力联系 这使得梯级水电厂现货交易预计划的制定比单个水电厂 要复杂的多 因此 为了适应电力市场发展的要求 合理的报价 科学地制定 四川大学硕士学位论文 出梯级各水电厂在各时段的交易计划 增强市场竞争力 最大限度地利用流域 梯级水能及水资源 提高流域梯级水电厂安全经济运行能力和联合运行效益 研究梯级水电厂现货交易计划具有十分重要的理论意义和现实意义 1 2 梯级水电厂现货交易预计划研究现状 虽然传统水电能源系统优化运行的研究工作进行了几十年 但随着近年来 世界各国电力市场化的改革 水电厂的运行方式 尤其是流域梯级水电厂的运 行方式将发生变化 在市场交易中会出现许多新问题和难题 国内外学者针对 梯级水电站厂群联合优化及其在电力市场竞争中的复杂行为开展了有意义的研 究工作 取得了理论和应用方面的实际成果 与本论文相关的概况起来主要有 目前发电报价和梯级水电厂电量优化等 1 2 1 发电广日前发电报价研究现状 按照微观经济学理论 在完美的市场条件下 边际成本是每一个市场参与 者的最优报价 但是 新兴的电力市场的特点决定了它的非完美性 成功的报 价策略是指发电商利用电力市场的这种非完美性不按边际成本报价而增加自身 利益的报价行为 报价策略的主要目标 是在考虑电力系统运行的各种规则和 限制条件的基础上 通过合法地操纵市场力 合理选择报价曲线 谋求自身利 益的最大化 因此 水电系统在电力市场中的竞争行为及其对现货市场的影响 机制 特别是对其在现货市场中的报价策略的影响 一直是国内外学术界电力 市场研究中的前沿问题之一 目前水电系统竞价策略的研究方法大致可分为三 大类 预测市场出清电价方法 基于博弈论和估计竞争对手的报价行为方法以 及其他研究方法 1 预测市场出清电价方法 首先估计竞价交易时段的市场出清价格 然后以低于此出清价格某一微小 值的价格报价 市场出清价 m a r k e tc l e a r i n gp r i c e m c p 是电力市场中反映电 力商品短期供求关系的价格 因此 预先准确地对m c p 进行预测是发电厂制定 成功报价策略的基础 这种方法原理上简单 但准确预测市场电价是非常困难的 因为电价预测 2 1 绪论 需要对系统负荷需求 其他发电公司的投标行为 输电网络的拥挤状况 电力 市场的运行状况等有全面的了解 需要有充分的历史数据 但是 作为发电公 司报价人员和决策人员的参考 对市场出清价进行预测是非常必要的 2 估计竞争对手的报价行为方法 该类方法通过估计其他发电公司的投标行为来构造自己的报价策略 需要 对整个市场中所有竞争对手的报价策略和费用函数的分布函数参数进行预测 然后利用概率论或者模糊数学的方法 得到报价曲线和收益函数的期望值 最 终决定己方的报价策略 较为简单的情形 两个电厂竞争同一出力 采用概率分布曲线来模拟竞 争对手的成本函数 求解同时满足两者期望利润最大的平衡点 但是这种方法 难以推广到多个体博弈的情形 2 优化最小出力的模型 认为电厂的获利不但与其能量成本曲线有关 而且 与运行参数有关 分析了两个电厂在其他条件相同的情况下 最小出力参数对 机组竟价结果的影响 结论表明通过估计竞争对手的报价行为 优化最小出力 也可以增加自己的获利 3 l 考虑市场中每个电厂市场力的市场出清模型 从系统调度的角度分析 电 网中每个电厂根据自己的市场力对线性报价曲线进行策略修正 其结论表明电 厂不按边际成本报价是能够得到更多利润的 4 准确地估计竞争对手的报价行为需要掌握充分的竞争对手的历史报价数 据 但是 由于电力市场的运行尚未成熟而且市场规则仍在调整中 电力市场 中只有有限数目的发电公司 报价中存在投机行为 竞争对手的历史报价数据 一般不太充分 而且电力市场中的历史报价数据是保密的 所以很难估计竞争 对手的报价行为 3 基于博弈论的方法 博弈论是研究2 个或多个有利益冲突的个体 在有相互影响的情况下如何 进行各自优化决策的理论 与常规决策的不同之处在于阴 a 博弈论中参与者在利益上有冲突 b 参与者各自做优化决策 并企图使个体利益最大化 c 个体的利益与其他个体的决策相关 即个体的决策会影响他人 他人 3 四川大学硬士学位论文 的决策会影响自身 d 博弈论中一般假定参与决策的个体均为 理性 的 电力市场恰好具有这些特点 因此 近年来有很多学者将博弈论引入电力 市场中来研究指导发电商的报价 在电力市场下 调度中心的负荷是公开的 即博弈的目标是给定的 博弈的参与者即电厂个数是有限的 属于寡头竞争 各个电厂的投标即报价曲线是保密的 因此 电力市场竞标属于一种非合作的 不完全信息博弈 它的原理是根据电力交易先构造一个博弈模型 包括c o u m o t 模型 s t a c k e l g e r g 模型 和供给函数模型 s u p p l yf u n c t i o n m o d e l 然后寻找这 些模型的平衡点 这些平衡点就对应发电公司的最优报价策略 该方法构造的 模型作了很多简化假设 这样得到的平衡点对构造投标策略可能没有什么意义 同时 理论上还不清楚电力市场是否存在这样的平衡点 而且模型参数也很难 准确预钡l j 6 j 4 其他方法 如m a r k o v 决策链 7 模糊聚类分析和神经网络嘲 遗传算法 9 埘 依次优 化法 1 i 蒙特卡罗法等方法 1 2 1 1 2 2 梯级水电厂电量优化研究现状 梯级水电厂电量优化的目的 是在满足市场及水电系统约束的前提下 使 得整个梯级的有限水资源发挥最大的经济效益 在运行过程中 利用相邻几个 电站之间的水力 电力联系 充分利用上下级水库的调节与反调节作用 运用 最优化理论与方法 研究一段时期内各个梯级电站之间的水能资源的最优调度 和电力负荷最优分配 统一地调配梯级发电和用水 其中梯级水电厂电量优化 模型求解主要采用了等微增率法 线性和非线性经典优化方法 4 习 以及遗传 算法 进化规划 进化策略 禁忌搜索 模拟退火 人工神经网络 蚂蚁算法 混沌优化 多目标进化算法 1 6 1 多目标粒子群算法等现代智能优化算法 等微增率法原理简单 是最早应用于电力系统经济运行中 尤其对纯火电 系统以及不太复杂的水火电力系统应用十分普遍的一种联合优化运行模型与算 法 然而 当考虑水电站之间复杂约束时 等微增率法存在其固有的局限性 求解很困难 线性规划法虽有成熟的理论和算法 但需对所求问题的目标函数 4 i 绪论 和约束条件进行近似的线性化处理 这不可避免地会引起误差 非线性规划法 存在计算量大 不一定能收敛到全局最优解的缺陷 网络流模型计算速度虽较 快 但对约束条件的处理有一定限制 目标函数的阶段可分性和维数大小限制 了动态规划的应用 拉格朗日松弛法的对偶解和原问题的可行解之间存在对偶 间隙过程中会出现振荡和奇异现象 存在数值计算的不稳定性 现代智能优化算法同经典算法相比 最大的优势在于对求解问题的目标函 数无连续 可微等要求 算法本身具有通用性 并行性 鲁棒性 而且实现简 单 有其生物 物理学背景 易于理解 但在处理流域梯级复杂水电系统联合 优化运行问题时 仍表现出一些固有的缺陷 如人工神经网络存在着较难确定 合适的网络拓扑结果 有时训练样本获取困难和易陷入局部极值区等缺点 模 拟进化算法缺乏局部搜索能力 以概率收敛而不能保证每次搜索都能获得全局 最优解 模拟退火算法和蚁群算法存在着计算时间长的缺点 同时在搜索过程 中易出现停滞现象 禁忌搜索的收敛性依赖于初始解 同时它只能单对单的操 作 使得搜索时间太长 这些智能算法以模拟生物或某些自然现象为基础 在 搜索效率 并行处理和全局优化能力等性能方面有很大的提高 但在物理机理 工程实用等方面仍有待进一步研究和改进 同时现有各种优化方法在流域梯级 水电系统优化运行中表现出的脆弱性 以及存在的许多尚待解决的问题 迫使 人们去探求新的解决问题的方法1 1 7 1 3 研究思路 1 报价的确定 在电力市场环境下 各竞争对手的报价信息和大多历史 数据是保密的 很难得到 而且竞争对手的报价策略几乎是不可能准确估计的 但是 市场出清价电力交易中心是要公布的 所以水电商可以利用有限的信息 对所在区域电力市场的市场出清价进行预测 如果能够保证足够的预测精度 则可根据预测值 水电厂成本特性和丰枯运行特点进行报价 2 电量的优化 以期望电价或者市场出清电价预测值为平衡状态的切入 点 并结合本身的经济运行 水库调度约束 合同约束 电力系统约束进行优 化计算 得出科学的电量优化方案 3 交易预计划的制定 发电计划将直接影响水电厂的经济收入 通过分 5 四川大学硕士学位论文 析一切市场可利用信息 并结合发电公司的生产运行特点及成本分析 对市场 出清价预测结果和电量优化结果进行调整拓展 最终确定出科学合理的现货交 易预计划 4 决策支持系统的开发 电力市场环境下 发电厂商的现货交易预发电 计划的制定是一项十分复杂的系统工程 它不仅受交易规则的影响 还要受其 他发电商报价的影响 对每个参与竞标的发电公司而言 迫切需要一套制定预 发电计划的辅助决策支持系统 以降低竟价风险 获取最大经济效益 1 4 研究主要内容 本论文的主要目的 就是研究梯级水电厂在电力市场环境下如何制定现货 交易预计划 实现发电企业利润的最大化 以期为 厂网分开 竞价上网 条 件下各梯级水电公司的运营与管理提供参考借鉴作用 因此 论文具体分为以 下内容 1 分析电力市场结构和运行方式 研究电力市场运营机制 特别是在电 力市场建立初期发电侧电力市场的价格机制 交易模式和竞价模式 2 研究市场出清价预测方法 建立线性移动自回归预测模型和人工神经 网络预测模型 对电力市场出清价进行预测 结合成本分析和水电的特点 得 出基于市场出清价预测的发电报价 并对其进行分析 3 研究电力市场环境下梯级水电厂的运行目标和电量优化模型 采用改 进的p o a 算法进行求解 根据预测的电价和电量优化的结果 拓展生成出日前 发电预计划 并给出实例计算 计算结果可为梯级水电厂申报现货交易计划提 供理论依据 4 研究梯级水电厂现货交易辅助决策支持系统 进行系统总体设计 分 析系统功能 6 2 电力市场与现货交易预计划 2 电力市场和现货交易预计划 2 1 电力市场内涵及主要目的 电力市场属于商品市场的范畴 它是以电力这一能源的特殊物质形态作为 市场客体来定义和界定市场内涵的 电力市场是电力的卖方和买方相互作用以 决定电价和电量的过程 具体而言之 电力市场是应用计算机 测量和通信设 备 采用经济手段 本着公平竞争 自愿互利的原则 对电力系统中发电 输 电 供电 用户等成员组织协调运行的管理机制和执行系统的总和 根据以上定义 电力市场首先是一种管理机制 这种机制与传统的行政命 令的机制不同 主要采用市场的手段进行管理 从而达到资源优化配置的目的 所以 电力市场的基本原则是公平竞争 自愿互利 同时 电力市场还是体现 这种管理机制的执行系统 包括交易场所 计量系统 计算机系统和通信系统 等 1 8 2 0 1 各国的经验表明 建立电力市场的主要目的是 引入竞争 提高效率 降 低电价 改善服务 持续发展 通过引入竞争机制 促使发电 输配电 电力 销售等各环节提高效率 降低成本 从而降低电价 提高供电可靠性 改善对 用户的服务 利用市场的调节和激励机制 引导投资更趋合理化 促使资源优 化和环境保护 形成持续发展的内在动力 逐步构成良性循环 电力市场具有 显著的外在经济性 直接受益者是参与市场的各成员 间接受益者是全社会口1 1 2 2 我国电力市场形成和发展 我国的电力市场起始于1 8 8 2 年7 月上海第一台发电机投入商业运营 从 1 8 8 2 年到目前的这1 2 1 年中 我国的电力市场已经走过了两个阶段 正逐步走 向第三个发展阶段 2 0 第一阶段 从1 8 8 2 年开始到1 9 4 9 年新中国成立 共经历了6 7 年 这个阶 段的电力企业有外商资本 有官僚资本 也有私人资本 企业的管理方式 商 品的经营方式与世界各国相同 这一阶段的电力市场规模较小 相互之间还没 有碰撞 因此 电力企业虽然具备竞争的机制 但实际上没有竞争的市场要求 7 四川大学硕士学位论文 都处于分片垄断经营 发 供 用统一管理的状态 第二阶段 从1 9 4 9 年建国开始到1 9 9 8 年撤销电力工业部为止 历时4 9 年 经历了第二阶段 我国的电力己在大中城市普及 用电的农户也已超过9 0 初级电力市场己在全国城乡建立起来 其特点是电量由计划配给 电价由国家 制定 经营管理政企不分 建设由政府单一投资 产权属国家所有 企业无自 主经营权利 市场无竞争 但应当说 电力买卖依然存在 有市场主体 买方 与卖方 有电力价格 有市场交易规则 即政府颁发的 全国供用电规则 其特点是有市场要素 有市场行为 但没有市场机制 从2 0 世纪8 0 年代初期开始的中国经济体制改革 经过近2 0 年的实践 为 电力市场的运作准备了各种条件 但至今完善的现代电力市场还没有建立起来 第三阶段 是现代电力市场的建设阶段 其特点是 1 电力市场建设与现代企业制度建设同步进行 因此增加了建设过程的 复杂性和艰巨性 2 我国现代电力市场是以计划经济向市场经济的转换为起点的 并随着 这一转换过程的进展逐步建立和完善 c 3 与工业发达国家相比 我国电力工业的发展水平较低 并且各地区发 展很不平衡 因此电力市场建设不能一刀切 4 电价体制建设是电力市场建设的核心问题 电力市场的建设将随着电 价体制的改革而逐步完善 综上所述 我国现代电力市场的建设 应该是一个分阶段推进 分步实施 逐步完善的过程 我们应该把握现阶段电力市场的特点 促进现代电力市场的健康发展 政 企分开 公司制改组 商业化运行 法制化管理的实现将会建立起符合电力市 场要求的政府宏观调控体系 政府对市场的管制体系 符合现代企业制度的电 力企业体系 为电力市场服务的行政管理体系 反映价值规律和市场供求关系 的电力价格体系 为电力市场健康有序运作的法律法规体系和灵活有序的电力 市场运作组织体系 以上七个体系是电力市场建设中不可缺少的 当然 还有 与其它行业共同的 符合市场经济体制要求的电力行业的利益分配体系和社会 保障体系 这九个体系有机地结合起来 就形成了完整的电力市场体系 8 2 电力市场与现货交易预计划 我国电力市场的建设和发展已经和将要经历以下几个阶段 第一 模拟市场和试点运营阶段 这一阶段对提高电力市场的认识 培养 队伍 积累市场运营经验等是有价值的 第二 电厂 发电企业 上网售电的趸售电力市场阶段 目前一般将其称 作 发电市场 第三 电网经营企业向供电企业和大用户的趸售电力市场阶段 在发电市 场逐步发展的过程中 将出现电网经营企业向供电企业的批发竞争售电 这一 市场可称之为 输电市场 第四 发电市场与输电市场合一 两项交易合并成一次交易的阶段 届时 总体上供电企业和大用户向发电企业直接购电 电网经营企业只担负电力运输 职能 收取 过网费 在此之前的电网经营企业 还可能有一种方式 即部分 电力由供电企业和大用户向发电企业直接购电 而另一部分则由电网经营企业 向发电企业购买后再转售给供电企业和大用户 这种方式可以算作是一种混合 型模式 我国地域辽阔 各省 市 县条件不同 应当允许各种电力市场模式同时 试行 这将会比单一模式好的多 第五 完全竞争阶段 最后由供电企业向终端用户竞争售电 电网经营企 业和供电企业只担负输电职能 2 3 我国电力市场的目标模式1 2 2 2 3 电力市场的实质是通过建立一个充满竞争和选择的电力系统运营环境来提 高整个电力工业的经济效益 竞争和选择是市场机制互相依存的两个方面 依 据竞争和选择的不同程度 把电力市场目标模式分成三种类型 这三种类型分 别对应电力工业改革的阶段性目标 如表2 1 所示 9 四川大学硕士学位论文 表2 1 电力工业改革的阶段性目标 电力工业 阶段一阶段二阶段三 改革阶段 放开发电侧 放开配电侧 放开供电侧 电力工业发电竞争 开放输电网 充分竞争 改革目标吸引电力投资扩大竞争范围大幅度降低电价 电力工业 买电型模式批发竞争模式零售竞争模式 改革模式 2 3 1 发电侧竞争的电力市场 买电型模式 这是将竞争引入到电力工业的最初级模式 这种模式下 电力系统各发电 厂与电网分开 成为独立的法人 发电市场存在唯一的买电机构 各个发电公 司相互竞争 向这个机构提供电力 电网经营机构向发电公司买电并向配电公 司或用户供电 输电网 配电网仍然垄断经营 这种模式的主要特点 一是在电厂基建和运行两个方面引人竞争机制 发 电公司承担了基建和运行两个方面的风险 在控制基建投资和降低运行费用或 降低电力生产成本方面具备自我约束机制 二是电网经营管理机构或电网公司 负责整个电能买卖经营和操作 负责整个电网的安全可靠运行 对电网的建设 和电网的优化具有激励机制 同时承担了电网建设 买卖电的风险 三是输电 和配电仍垄断经营 为保证各独立发电公司 或发电集团 的平等参与竞争 电网公司对买卖方的运行操作须坚持公平 公开 公正的原则 电力交易过程 始终要在法律和政府的有效监督之下 四是电力用户没有选择供电的权力 五 是电网问电力交换通过电网管理机构或电网公司进行交易 配电公司不能同相 邻的电网进行电力交易 由于在占电能主要成本的发电领域引入竞争机制 对控制电厂基建成本 减少生产运行费用具有重要作用 另外 从传统的垄断经营模式到发电市场竞 争模式相对来说比较容易 对于市场机制不甚完善的发展中国家来说 这一点 是十分重要的 但是 由于单一购电机构只是在发电领域引入了部分竞争 使 得竞争有限 单一购电机构的买卖电仍然是一种垄断行为 电网不开放 1 0 2 电力市场与现货交易预计划 2 3 2 批发竞争模式 多个购买者模式 在发电与电网分离后 输电与配电分开经营 发电竞争 输电网放开 并 提供有偿服务 配电公司仍然对用户垄断经营 专营区 但售电公司获得了购 电的选择权 大的电力用户获得了购电选择权 批发竞争模式的主要特点 一是发电公司所生产的电能不必全部卖结电网 经营管理机构 可以通过合同或进入实时电力市场直接卖结售电公司和大用户 二是输电网向用户开放 电网经营机构 电网公司 负责电网的运行 控制和 实时电力市场的管理 组织输电辅助服务 电网公司风险减少 三是电力市场 既有实时市场 又有中长期市场 电力交易合同 售电公司既可以从电力市场 又可以从发电公司购电 有了购电选择权 承担了买卖电的风险 四是互联电 网间的交易不再仅仅是电网公司的事 售电公司或大用户可通过输电网向其他 地区购电 出现所谓的转运 上述特点表明 这一价段的电力市场 各市场要素逐步完善 竞争力度增 大 发电环节已展开比较完全的竞争 国家电网电力市场初步形成框架 区域 电力市场的交易量逐步增加 市场更多地允许发电商与售电公司通过合同方式 来实现交易 这一阶段是电力市场的成长阶段 是一种过渡模式 对于拥有复杂电力系 统的发达国家 在采用零售竞争模式之前 往往会采用批发竞争模式 待时机 比较成熟后 再向零售竞争模式过渡 2 3 3 零售竞争模式 完全竞争模式 批发竞争模式只允许一部分大用户有选择供电商的权利 其他用户没有选 择权 在市场经济环境中 就出现了不公平问题 随着市场的发育和完善 应 使所有用户都获得购电选择权 这就是零售竞争阶段 零售竞争模式的主要特点 一是配电网与输电网一样 都向用户开放 提 供配电服务 收取服务费 二是售电公司不再对中小用户垄断经营 三是发电 厂直接受用户选择 同时也获得选择用户的权利 四是所有用户都可以直接从 发电厂买电 获得了选择权 这一阶段 市场以国家电网经营企业 区域电网经营企业 省电力公司 1 1 四川大学硕士学位论文 配电公司 从事售电业务的公司 用户为主体 国家电网电力市场逐步完善 区域电网电力市场逐步与国家电网电力市扬融为一体 全国电力市场的效益得 到较好的发挥 这种经营模式 选择和竞争范围加大 市场竞争更为激烈 竞争各方承担 风险 因而更注重效益的发挥 对采用新技术 降低生产成本形成良好的激励 机制 但这种模式的运作 需要建立十分完备的法律法规和功能完善的技术支 持系统 这个阶段是各级电力市场的成熟阶段 上述三个阶段的逐步实施 使我国电力市场开放程度逐步扩大 市场要素 逐步完善 竞争力度逐步增强 也是电力企业改革和政府机构改革逐步深化的 过程 电力市场的建设与电网建设 区域电网的互联以及全国电网的形成密切 相关 我国的电力市场改革由批发竞争阶段向最终的零售竞争阶段转变将是一个 漫长的过程 零售竞争市场需要有坚固的电网结构 先进的通信网络 完善的 金融系统和法律系统做支持 同时需要更换复杂昂贵的表计来实现用户的自由 选择权 因此这一步改革的代价不容忽视 我国可以采取分步放开用户的方法 来推进改革 尤其是一些大用户 例如一些大型钢厂 铝厂和造纸厂等 可以 在批发竞争阶段就允许这些大用户直接与发电商交易 允许大用户直接选择发 电公司是零售竞争阶段的雏形 2 4 发电侧电力市场概述 2 4 1 发电侧电力市场运营模式 2 4 2 6 1 发电侧电力市场是运营市场机制 开展商业运营最初级阶段 在技术设备 人员素质 运行管理尚未达到一定先进程度时 为尽快提高电力工业的综合水 平 保障社会用电和国民经济的发展 所采用的运营模式 这一阶段模式可分为以下两个阶段 1 发电侧有限竞争的电力市场 在这一阶段的基本特点是厂网分开 发电端均成为独立的发电公司 电量 日清月结 市场法规法则及技术支持系统初步建立 这一阶段下 实现保证基 数电量下的有限竞价上网 保证上网机组完成基数电量 基数电量以内的电量 1 2 2 电力市场与现货交易预计划 以核定电价结算 剩余电量实行竞价上网 这一阶段考虑了历史原因形成而非机组本身的固有特性所致的电厂之间的 成本差别 如新老电厂差异 投资来源差异 还贷条件差异 投资回报方式差 异等 2 发电侧完全竞争的电力市场 这一阶段下 独立发电公司公开完全竞价上网 0 5 h 制报价 形成比较完 备的市场法规 法则及技术支持系统 在发电侧有限竞争的电力市场阶段实行 一段时间后 必然要过渡到该阶段 这一阶段下 无论发电企业在性质 规模 所有制成分上有什么不同 在参与市场经济活动时一律平等 取消基数电量 独立发电公司发电量实行公开完全竞争上网 如果国家政策允许 一部分大用户可在某区域内直接从独立发电公司购电 通过输电网和配电网进行输送 用户和独立发电公司向输电网和配电网交纳相 关费用 如果条件成熟 可允许大用户跨区域选择供电公司 包括直接从独立 发电公司购电或与其他供电公司交易 2 4 2 发电侧电力市场交易类型 发电侧电力市场的交易方式一般分为长期合同交易 现货交易 实时交易 辅助服务交易和输电权交易鲫 1 长期合同交易 长期合同交易是指对未来一段比较长的时期 年 月 旬或周 内 电网 经营企业与各发电公司进行的大宗电力合同的买卖过程 在单一购买者模式下 的发电侧电力市场 组织发电公司竞争的电网经营企业担负着保证向用户供电 的义务 所以 电网经营企业为了防止严重缺电或电价急剧升高的风险 必须 与发电公司签订一定数量的长期合同 目前 各发电公司保留着原有合同的8 0 左右的电量 作为电力市场的长期合同 这种长期合同是原先合同的延续 随着市场的发展与完善 其比例将逐渐减小 并最终由市场决定的长期交易合 同所取代 2 现货交易 现货交易是指按照发电机组的报价 提前l 天确定的第2 天的发电计划 相对于长期合同交易而言 现货交易更接近实际运行时间 发电企业可以根据 1 3 四川大学硕士学位论文 更准确的负荷预测与电网经营企业进行交易 现货交易的价格是由竞争决定的 它既与电力市场的供求关系有关 也与竞价方式有关 现货交易主要采用两种 方式 一种方式是将长期合同看作是一个经济合同而非物理合同 在编制第2 天的发电计划时 按照各发电厂的申报数据编制交易计划 如果现货市场的发 电计划与长期合同不一致 则采用经济手段进行补偿 另一种方式是将长期合 同看作是物理合同 长期合同确定的电量在现货市场首先安排 其余部分则作 为交易电量编制计划 3 实时交易 实时交易是指在交易日当天确定的发电计划 由于电力工业的特点 要求 发电与负荷实时平衡 不管采用什么方式 由于存在负荷预测误差及系统运行 状况的变化 提前l 天编制的发电计划与实际的负荷需求间存在差别 需要实 时调整发电计划 所以 必须建立实时交易市场 实时交易的作用有两个方面 一是作为长期合同和现货交易的补充 在负荷预测与实际负荷出现偏差后 达 到发电与负荷平衡的目的 另一方面 实时交易可以提高竞争的力度 目前 英国电力市场正在进行的第二次改革中的一项重要内容就是增加实时交易 在 我国 由于处于由传统的管理方式向市场经济转变的初始阶段 同时受电力市 场技术支持系统的约束 实时交易基本是作为长期合同和现货交易的补充 4 辅助服务交易 辅助服务交易是电力市场中重要的交易方式之一 辅助服务的内容主要包 括调频 调峰 无功与黑启动 目前 辅助服务指标的量化 辅助服务成本的 计算以及付费等比较复杂 世界上各国电力市场的做法也不尽相同 在我国现 有电网结构比较薄弱的条件下 为保证电网运行安全 基本上不考虑辅助服务 交易 而采用由调度指定 无偿提供的方式 2 5 我国电力现货交易市场 电力市场现货交易一般是指提前一天的电力电量交易 亦称为日前交易 电力现货交易是电力远期合约交易和期货交易的基础 是远期合约和期货价格 质量的比照 2 钔 电力现货交易比较灵活 是电力用户需求和生产厂商生产能力 最直接的体现 由于现货交易成本较高 价格波动频繁 适应于非计划性电力 1 4 2 电力市场与现货交易预计划 需求 具有较强的短期 零售和调剂性质 除用户的直接需求外 一旦远期合 约或者期货合约因故不能履行 电力用户为了不影响生产 必须从现货渠道购 买 而发电商为了使自身发电计划能够顺利完成 避免因频繁启停设备造成成 本的增加 也必须在现货市场进行出售 因高价购买或低价出售所造成的损失 由期货交易保证金予以补偿 因此 畅通 充足的电力现货交易市场是电力远 期合约交易和电力期货交易的有效缓冲 2 5 1 华中电力市场日前竞价交易 2 5 1 1 交易通则 1 执行日 竞价目 申报日和交易时段 执行日 为执行日前计划的自然日 以1 5 分钟为周期划分交易点 每执 行日含9 6 个交易点 起始交易点为0 0 1 5 相邻两个交易点间为一个交易时段 第一个交易时段为0 0 0 0 0 0 1 5 竞价日 为 执行日 前一个 工作日 工 作日 由华东电力调度交易中心安排并公布 竞价日内 发电企业进行报价 并通过市场运营系统产生执行日的调度计划 申报日 为 竞价日 前一个 工 作日 省 市 电力公司从申报日开始数据申报 2 日前竞价分为高峰 平段 低谷三个时段 日前竞价分为高峰 平段 低谷三个时段 其中高峰时段 8 o o 1 2 o o 不含1 2 0 0 1 8 0 0 2 2 0 0 不含2 2 0 0 平段 1 2 0 0 一1 8 0 0 不 含1 8 0 0 低谷时段 2 2 0 0 一次日8 0 0 不舍次日8 0 0 3 峰电量 平电量 谷电量分别竞价 实行峰电量 平电量 谷电量分别竞价 发电企业对峰 平 谷三时段分 别提交发电报价 省 市 电力公司对峰 平 谷三时段分别提交购电电量申 报 4 具备条件的水电 火电厂 在日前竞价交易中 按照电量进行竟价 即 申报的竞价数据为电量一电价曲线 1 5 四川大学